引 言

嵌入式系統是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內核，需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。

隨著嵌入式系統的廣泛應用，系統內串口通信的需求越來越高，串行數據傳輸的協議也多樣化，常用的有SSI、SPI、I2C、UART等。SSI（Server Side Include），通常稱為服務器端嵌入，是一種類似于ASP的基于服務器的網頁制作技術。大多數（尤其是基于Unix平臺）的WEB服務器如Netscape Enterprise Server等均支持SSI命令。另外，在計算機硬件領域SSI是同步串行接口（Synchronous Serial Interface）的英文縮寫。微處理器MCF5329中的SSI接口除了能用作一般的串行數據傳輸外，由于它帶有的幀同步信號可用作左右聲道數據的同步，支持兩種音頻總線接口（I2S和AC97接口），微處理器用一片或少數幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術邏輯部件的功能。微處理器與傳統的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運算器、時序控制電路，以及數據和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。

TLV320DAC23是TI公司推出的高性能立體聲高端編解碼芯片，支持多種采樣率和多種音頻格式，并具有功耗低、封裝小的特點，廣泛應用于便攜式數字音頻處理系統中。

1 同步串行接口SSI的工作原理

Synchronous SerialInterface（SSI）是一個全雙工的串行接口，允許芯片與多種串行設備通信。可以使用“服務器端包含 （SSI）”指令將文本、圖形或應用程序信息包含到網頁中。例如，可以使用 SSI 包含時間/日期戳、版權聲明或供客戶填寫并返回的表單。對于在多個文件中重復出現的文本或圖形，使用包含文件是一種簡便的方法。將內容存入一個包含文件中即可，而不必將內容輸入所有文件。通過一個非常簡單的語句即可調用包含文件，此語句指示 Web 服務器將內容插入適當網頁。而且，使用包含文件時，對內容的所有更改只需在一個地方就能完成。 SSI模塊結構如圖1所示。

從圖中可看出，SSI模塊由發(fā)送電路、接收電路、串行時鐘和幀同步時鐘產生電路組成。發(fā)送電路和接收電路相互獨立，但是共用串行時鐘和幀同步時鐘。

1.1 SSI模塊引腳信號描述

SSLCLKIN：SSI時鐘輸入信號。

SSLBCLK：SSI串行比特時鐘。

SSLMCLK：SSI串行主時鐘信號，在SSI主模式下，

該信號也作為過采樣時鐘信號。

SSI_FS：SSI串行幀同步信號。

SSLRXD：SSI串行接收數據信號。

SSI_TXD：SSI串行發(fā)送數據信號。

1.2 SSI的操作模式

SSI有3種基本同步操作模式：普通模式、網絡模式和門時鐘模式。

普通模式是最簡單的模式，一幀內只能傳輸一個字，而且每一幀都需要幀同步信號來控制同步；網絡模式主要用于多時隙的情況下，一幀內可以傳輸2個字到32個字不等；門時鐘SSI_BCLK模式下，串行比特時鐘SSI_BCLK指示了發(fā)送引腳或接收引腳上的有效數據。

除了上述3種基本模式外，針對音頻上的應用，SSI還支持兩種衍生模式——I2S模式和AC97模式，分別用于傳輸I2S和AC97音頻格式數據。

1.3 SSI的初始化

初始化SSI模塊的正確順序：

①上電或重啟SSI（SSI_CR[SSI_EN]=0），即關閉SSI模塊功能。

②配置SSI模塊。涉及的寄存器包括控制寄存器SSI_CR、中斷允許寄存器SSI_IER、發(fā)送配置寄存器SSI_TCR、接收配置寄存器SSI_RCR和時鐘控制寄存器SSI_CCR。

③通過SSI_IER寄存器設置必要的中斷或DMA。

④設置SSI_CR[SSI_EN]=1允許SSI模塊功能。

⑤設置SSI_CR[TE／RE]，開始發(fā)送／接收數據。

1.4 SSI的工作過程

（1）發(fā)送數據

單通道時，數據從串行發(fā)送數據寄存器SSI_TX0中傳到發(fā)送移位寄存器TXSR中，再通過串行發(fā)送引腳SSI_TXD發(fā)送出去，然后根據用戶設置情況決定是否產生發(fā)送中斷。如果發(fā)送緩沖區(qū)TXFIFOO被允許，則SSI_TX0繼續(xù)從TXFIFOO中取數據，直到TXFIFOO中的數據全部被發(fā)送，再通過用戶設置情況決定是否產生發(fā)送中斷。雙通道時，發(fā)送移位寄存器TXSR交替從SSI_TX0和SSI_TXl中取出數據。

（2）接收數據

單通道時，數據從串行接收引腳SSI_RXD進來，由接收移位寄存器RXSR傳輸給接收數據寄存器SSI_RX0，再根據用戶設置情況決定是否產生接收中斷。如果接收緩沖區(qū)RXFIFOO被允許，則SSI_RX0將數據寫入RXFIFOO，并繼續(xù)從接收移位寄存器中獲取數據。雙通道時，接收移位寄存器RXSR交替將數據傳輸給SSI_RX0和SSI_RXl。

2 音頻編解碼芯片簡介

Codec 編碼解碼器主要作用是對視頻信號進行壓縮和解壓縮。計算機工業(yè)定義通過24位測量系統的真彩色，這就定義了近百萬種顏色，接近人類視覺的極限?，F在，最基本的V GA顯示器就有640*480像素。這意味著如果視頻需要以每秒30幀的速度播放，則每秒要傳輸高達27MB的信息，1GB容量的硬盤僅能存儲約37 秒的視頻信息。因而必須對信息進行壓縮處理。通過拋棄一些數字信息或容易被我們的眼睛和大腦忽略的圖像信息的方法，使視頻的信息量減小。這個對視頻壓縮解壓的軟件或硬件就是編碼解碼器。編碼解碼器的壓縮率從一般的2 ：1-100：1不等，使處理大量的視頻數據成為可能。

TLV320DAC23是TI公司推出的一顆高性能立體聲音頻處理芯片（CODEC芯片），采用了多比特sigma-delta過采樣技術，采樣率可以從8 kHz到96 kHz，傳輸字長可選擇為16位、20位、24位或32位；最大輸出信噪比可達到100 dB；控制端口可兼容SPI、2-wire等協議；回放模式下功率為18 mw，省電模式下小于15μW；適用于便攜式的數字音頻處理。其功能模塊框圖如圖2所示。

2.1 控制接口

控制接口用于對器件TLV320DAC23的寄存器編程，設置音頻芯片的工作參數。它兼容兩種模式：SPI三線模式和2一wire模式。

MODE：模式選擇引腳。為0時，采用2一wire模式；為1時，采用SPI模式。

SCLK：控制端口串行數據時鐘。

SDI：控制端口串行數據輸入。

CS：控制端口輸入鎖存／地址選擇。在SPI模式下，CS用于數據鎖存控制；在2一wire模式下，CS定義了器件地址域的第7位。SPI模式下，一個控制字為16位，分為兩部分：高7位為控制地址，低9位為控制字。16位的控制字由MSB位開始傳輸，每個比特在SCLK的上升沿被鎖存，整個16位的控制字在最低位被CS鎖存進TLV320DAC23。

2.2 模擬接口

模擬接口包括線輸入、線輸出和耳機輸出。耳機輸出可以驅動16Ω或32 Ω的耳機，音量增益為6 dB到一73 dB。

LLINEIN、RLINEIN：左、右聲道輸入。

LOUT、ROUT：左、右聲道輸出。

LHPOUT、RHPOUT：左、右聲道耳機輸出

2.3 數字音頻接口

數字音頻接口用于輸入TLV320DAC23的D／A數據。

BCLK：I2S串行比特時鐘。主模式時BCLK為輸出，從模式時BCLK為輸入。

DIN：I2S串行數據輸入。

LRCIN：字時鐘信號（幀信號），用于控制左、右聲道的數據。在主模式中，由TLV320DAC23產生該信號，在從模式中，由主設備（如DSP或MCU）產生該信號。

TLV320DAC23支持4種音頻接口模式：右對齊模式、左對齊模式、I2S模式和DSP模式。這4種模式都是最高有效位MSB在前，16到32位不同的字長（右對齊除外，它不支持32位）。圖4是I2S模式下的數字音頻接口時序，數據的MSB在LRCIN下降沿后的第2個BCLK上升沿開始傳輸。

2.4 時鐘接口

MCLK：芯片主時鐘信號。當TLV320DAC23作為主設備時，該信號由芯片自身產生；當TLV320DAC23作為從設備時，該信號由外部產生。

CLKOUT：時鐘輸出信號?？梢詾镸CLK或MCLK／2。

3 基于MCF5329的音頻驅動設計

3.1 硬件電路

TLV320DAC23與MCF5329的接口有兩個：一個是控制接口，用于設置TLV320DAC23的寄存器，從而設置它的工作參數。由于MCF5329具有QSPI模塊，它兼容SPI接口格式，所以TLV320DAC23的控制接口采用SPI模式。另一個是數字音頻接口，用于傳輸TLV320DAC23的音頻數據并控制數據的時序。

在本設計中，由微控制器MCF5329提供時鐘信號，所以將MCF5329設為主設備，TLV320DAC23作為從設備。具體連接如圖5所示。

3.2 軟件設計

音頻播放的過程如下：程序檢測到用戶空間有需要播放的音頻數據，便將音頻數據拷貝到所建立的緩沖區(qū)中；然后通過DMA將緩沖區(qū)的音頻數據傳輸到SSI模塊的發(fā)送引腳SSI_TXD，發(fā)送引腳將數據發(fā)送至TLV320DAC23中，通過耳機播放出來。

軟件設計的流程如圖6所示。其中，音頻緩沖區(qū)被設置為一個固定大小的循環(huán)隊列，其設置如圖7所示。初始時，bufstart、audiostart、audiotail都指向緩沖區(qū)頭。當用戶空間有數據時，將數據拷貝到緩沖區(qū)并用audiotail指示數據尾部，數據的頭部通過DMA引擎連接到SSI_TXD引腳。

結 語

本文分析了同步串行接口SSI的工作原理及過程，并通過與編解碼芯片TLV320DAC23的通信詳細介紹了SSI在音頻處理中的應用。實踐表明，SSI接口簡單，使用靈活可靠。